Figure 4.12 – Nombre moyen de nœuds feuille et branche dans le r´eseau lorsque le r´eseau est stable
(150-500s) – Sc´enarios S1 `a S9, CBL Version 1
Le pourcentage des nœuds branche ne d´epasse pas 30% du nombre total de nœuds du r´eseau pour les sc´enarios de moyenne (S2, S5, S8) et de forte (S3, S6, S9) densit´es. De moins bons r´esultats sont obtenus avec les sc´enarios de faible densit´e S1, S4, et S7 pour lesquels 54% `a 75% des nœuds sont des nœuds branche. Ceci s’explique par les contraintes impos´ees par la construction de la chaˆıne. D`es lors qu’un nœud est ´elu nœud branche, il doit ´elire un nœud branche en amont de sa position et un autre en aval. Or, lorsque le r´eseau compte peu de nœuds, dispers´es le long r´eseau routier, l’algorithme CBL
de construction de la chaˆıne force la majorit´e des nœuds `a devenir nœud branche comme l’illustre la repr´esentation de la structure CBL form´ee au temps t=300 s dans le cas du sc´enario S1 en figure 4.13. Enfin, au sein d’un mˆeme r´eseau routier, le nombre de nœuds branche varie peu contrairement au nombre de nœuds feuille. En effet, une fois que le nombre de nœuds branche n´ecessaires `a la construction d’une chaˆıne est atteint, les autres nœuds du r´eseau restent `a l’´etat feuille.
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
−10 −5 0
Noeud feuille Noeud branche
Y (m)
X (m)
Chaîne Lien feuille/branche Est−Ouest >>>
Figure 4.13 – ´Etat de la structure form´ee par CBL au temps T=300 s – Sc´enario S1
La m´etrique Ms2, qui informe du nombre de chaˆınes dans le r´eseau, varie en fonction de la densit´e du trafic et de la configuration du r´eseau routier. Une chaˆıne est attendue dans le r´eseau routier R1 `a un seul sens de circulation, deux chaˆınes dans celui `a deux sens de circulation R2 et quatre dans le r´eseau routier R3 `a deux sens de circulation avec la pr´esence d’une entr´ee et d’une sortie :
− dans le r´eseau R1 : la m´etrique Ms2 varie autour d’une moyenne de 1,65 pour le sc´enario S1 et 2,04 pour le sc´enario S3 ;
− dans le r´eseau R2 : Ms2 varie autour de 2,68 pour le sc´enario S5 et de 3,3 pour le sc´enario S6 ; − dans le r´eseau R3 : Ms2 varie autour de 3,36 pour le sc´enario S7 et de 9,29 pour le sc´enarios S9.
Hormis pour le sc´enario S4, nous observons que lorsque la densit´e de v´ehicules augmente dans un mˆeme r´eseau routier, la valeur moyenne de Ms2 augmente ´egalement. En effet, l’augmentation de la densit´e est accompagn´ee de celle de la probabilit´e qu’un v´ehicule du r´eseau a une vitesse “d´esir´ee” plus ´elev´ee que celle du v´ehicule qui le pr´ec`ede. Ainsi, les contraintes de mobilit´e entre les v´ehicules se font plus fortes et leur trajectoire est impact´ee : afin de garder une distance de s´ecurit´e entre les v´ehicules tout en tˆachant d’atteindre la vitesse “d´esir´ee” param´etr´ee, ceux-ci tendent `a d´epasser les v´ehicules plus lents qui les pr´ec`edent. Cependant, les d´epassements entraˆınent des ruptures de chaˆınes lorsqu’ils concernent des nœuds branche du r´eseau de communication. Par cons´equent, la m´etrique Ms2 augmente et sa valeur moyenne d´epasse le nombre attendu de chaˆınes quel que soit le sc´enario en raison des ruptures de chaˆınes. Pour les sc´enarios de faibles mobilit´es (S1, S4 et S7), la raison principale des ruptures de chaˆınes vient d’un nombre insuffisant de nœuds, lesquels sont de plus ´eparpill´es dans le r´eseau. Dans un mˆeme sens de circulation, l’absence de nœuds entre deux nœuds branche s´epar´es d’une distance sup´erieure `a la port´ee de la communication radio empˆeche leur chaˆıne de fusionner. Ainsi, la valeur moyenne de la m´etrique Ms2 est sup´erieure `a un pour le sc´enario S1. Pour le sc´enario S4 cette valeur est doubl´ee car le r´eseau poss`ede deux sens de circulation. Si la valeur moyenne de Ms2 du sc´enario S7 est similaire `a celle du sc´enario S4, la distribution en nombre de chaˆınes est tr`es diff´erente (figure 4.14). Pour le sc´enario S7, cette distribution est ´etendue sur un plus grand nombre de chaˆınes (de une `a huit chaˆınes contre deux `a cinq dans le sc´enario S4). L’objectif de quatre chaˆınes pour le r´eseau R3 est observ´e le plus fr´equemment. N´eanmoins, `a certains instants le r´eseau compte jusqu’`a huit chaˆınes. Les ruptures de chaˆınes dans le sc´enario S7 sont dues aussi bien au nombre faible de nœuds dans le r´eseau qu’`a la pr´esence d’une entr´ee et d’une sortie qui accentuent encore la dispersion des nœuds. Les r´esultats de Ms2 pour les sc´enarios S8 et S9 de moyenne et forte densit´e confortent cette hypoth`ese d’une augmentation du nombre de ruptures de chaˆıne dans le r´eseau R3 occasionn´ee par la pr´esence d’une entr´ee et d’une sortie, et expliquent ´egalement la formation de chaˆınes parall`eles.
0 1 2 3 4 0 50 100 150 200
Nombre de chaînes dans le réseau
Temps (s) (a) Sc´enario S1 0 1 2 3 4 5 6 0 100 200 300
Nombre de chaînes dans le réseau
Temps (s) (b) Sc´enario S4 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 50 100
Nombre de chaînes dans le réseau
Temps (s)
(c) Sc´enario S7
Figure 4.14 – Histogramme de la dur´ee cumul´ee du nombre de chaˆınes (Ms2) entre les dates 150 et 500 s – Sc´enario S1, S4 et S7 CBL Version 1
Le nombre moyen de nœuds branche par chaˆıne (m´etrique Ms3) garde le mˆeme ordre de grandeur quelque soit la densit´e des nœuds pour un mˆeme r´eseau routier. Il est l´eg`erement plus ´elev´e pour les sc´enarios de densit´es moyennes et fortes de v´ehicules. Cette m´etrique Ms3 est corr´el´ee avec Ms1 et Ms2. Les r´esultats du nombre de voisins `a un saut par direction (m´etrique Ms4) sont corr´el´es avec la densit´e de nœuds par direction. Ainsi, pour une densit´e faible par direction (sc´enarios S1, S4, et S7), la moyenne de la m´etrique Ms4 varie entre 3,9 et 4,8. Pour une densit´e moyenne (sc´enarios S2, S5, et S8), elle varie entre 17,7 et 21,2. Enfin, pour une densit´e ´elev´ee (sc´enarios S3, S6, et S9), elle varie entre 37,8 et 38,2.
Le nombre de feuilles par branche (m´etrique Ms5) est ´egalement corr´el´e avec le nombre de nœuds par direction, car chaque feuille se rattache `a un nœud branche circulant dans la mˆeme direction. Ainsi, en moyenne deux nœuds feuille se rattachent `a un mˆeme nœud branche pour un sc´enario de faible densit´e ; pour un sc´enario de moyenne densit´e, de trois `a quatre nœuds feuille ; pour un sc´enario de forte densit´e, de quatre `a sept feuilles.
La dur´ee d’existence d’un nœud en tant que nœud branche (m´etrique Ms6) varie entre 64,4 s et 73,5 s pour les sc´enarios des r´eseaux routiers R1 et R2 sans entr´ee-sortie. Cette dur´ee est plus faible, de 53,6 s `a 59,4 s, pour ceux du r´eseau R3 avec entr´ee-sortie. Avec R3, les permutations d’´etats des nœuds sont plus fr´equentes : un nœud branche dans la section d’entr´ee passe `a l’´etat de feuille lorsqu’il vient s’ins´erer dans la section courante de l’autoroute ; inversement, un nœud feuille engag´e dans la voie de sortie de la section courante pourra ˆetre ´elu branche par son voisinage. Ces permutations en cours de trajet induisent une diminution de la valeur de la m´etrique Ms6.
La dur´ee de rattachement d’un nœud feuille `a un nœud branche (m´etrique Ms7) est corr´el´ee `a la m´etrique Ms6 pour les r´eseaux R1 et R2. Pour les sc´enarios o`u la dur´ee moyenne d’existence d’un nœud `a l’´etat de nœud branche est inf´erieure (S1 et S4), la valeur de la m´etrique Ms7 est l´eg`erement inf´erieure. Elle d´epend aussi du nombre de nœuds branche (figure 4.12) : pour chaque nœud feuille, la possibilit´e d’´elire un meilleur nœud relais augmente avec le nombre de nœuds branche dans le r´eseau, ce qui entraˆıne naturellement une diminution de la dur´ee de rattachement d’une feuille `a un mˆeme nœud branche. C’est pourquoi la m´etrique Ms7 est plus faible pour le sc´enario S9 que pour S8. Quant au sc´enario S7, il souffre d’une trop faible densit´e de nœuds.
Le nombre de relais par nœuds (m´etrique Ms8) d´epend de la m´etrique Ms1 et Ms2. Un nœud feuille
position : en bout (un seul relais) ou milieu de sa chaˆıne (un relais amont, un relais aval, soit deux relais ´elus par un nœud branche).
Le nombre de nœuds relais intervenant dans une transmission en mode broadcast (m´etrique Ms9) d´epend de la m´etrique Ms1 et du nombre de nœuds branche dans le r´eseau. Ce nombre de relais est ´egal, pour un nœud branche, au nombre de nœuds branche du r´eseau hormis lui-mˆeme. Il est ´egal, pour un nœud feuille, au nombre de nœuds branche du r´eseau.
Ainsi, le sch´ema CBL reste stable lors de l’augmentation de la densit´e des nœuds mobiles
du r´eseau de communication : il r´esiste donc bien au passage `a l’´echelle.
4.1.1.4 CBL version 2 – sc´enarios de mobilit´e S1-S9
Int´eressons-nous maintenant `a la seconde version de CBL que nous avons d´ecrite en section 2.3. Les diff´erents param`etres utilis´es lors de cette simulation (Vtime, fr´equence des messages HELLO, mod`ele de propagation...) sont identiques `a ceux utilis´es pr´ec´edemment. Les coefficients pond´erateurs sont param´e-tr´es selon leur d´efinition par d´efaut (section 2.3.9).
L’objectif de cette ´evaluation est d’analyser les m´etriques structurelles de la seconde version de CBL pr´esent´ee dans ce manuscrit. Cette version a fait l’objet d’am´eliorations notables concernant les m´etriques et les proc´edures d’´election d’un premier nœud branche, d’un maillon de chaˆıne mais ´egalement de la gestion des chaˆınes pour ´eviter les chaˆınes parall`eles (section 2.4). Les r´esultats de cette version sont pr´esent´es dans le tableau 4.2. Ce tableau regroupe les valeurs moyennes des m´etriques lorsque le r´eseau est stable (entre 150 s et 500 s) pour tous les sc´enarios et la comparaison avec les r´esultats de CBL version 1.
TABLEAU 4.2 – Valeurs moyennes des m´etriques de performances Ms1 `a Ms9 calcul´ees dans l’intervalle de temps de 150 `a 500 s – Sc´enarios S1 `a S9, CBL version 2, comparaison CBL version 1, simulation Matlab R´eseaux R1 R2 R3 Sc´enarios 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Densit´e - + ++ - + ++ - + ++ Nombre de nœuds 25 102 198 50 205 369 46 189 390 M ´et riq u es Ms1 : Feuille/R´eseau (%) 38,2 81,5 90,1 33,7 79,0 87,2 37,1 74,0 84,5 Diff +10,2 +5,5 +5,1 +8,7 +2 +3,2 -8,9 +7 +8,5 Ms2 : NB Chains 1,68 1,33 1,34 3,46 2,85 2,90 4,88 4,90 5,30 Diff +0,03 -0,63 -0,7 +0,17 +0,17 -0,73 +1,52 -1,46 -3,99 Ms3 : Branche/Chaˆıne 9,4 14,1 14,4 9,6 14,8 15,8 5,7 9,9 11,1 Diff -4,3 -1,8 -4,5 -2,5 -5,6 -2 -3,7 -0,5 -0,2 Ms4 : Voisins/Direction 3,9 18,8 37,8 4,6 20,4 37,1 3,9 17,1 36,5 Diff +0 +0 -0,8 -0,2 -0,8 -1,1 -0,2 -0,6 -1,3 Ms5 : Feuille/Branche 2,38 6,17 10,84 2,29 5,51 8,48 2,12 4,55 7,13 Diff +0,44 +1,42 +3,81 +0,35 +0,62 +1,64 -0,19 +1,12 +2,71 Ms6 : Dur´ee Branche (s) 56,3 54,0 55,3 57,6 53,4 53,7 52,3 44,4 40,5 Diff -8,1 -17,9 -14,7 -7,5 -19,6 -19,8 -7,1 -9,2 -17,2 Ms7 : Dur´ee rattach Branche (s) 29,4 39,4 42,9 30,0 36,3 40,2 23,6 32,0 31,5 Diff +10,6 +18,8 +21,6 +14,4 +13,8 +17,6 +15 +8,2 +15 Ms8 : Nb relais/nœud 1,50 1,16 1,09 1,52 1,18 1,11 1,42 1,21 1,13
Diff -0,1 -0,04 -0,04 -0,1 -0,02 -0,03 +0,01 -0,05 -0,07 Ms9 : Nb relais/Broadcast 15,0 18,7 19,4 32,7 42,9 47,2 28,4 48,8 59,9 Diff -2,6 -5,4 -10,1 -4,2 -4,9 -9,4 +3,1 -12,7 -34,2 O`u Diff est la diff´erence “valeurs de CBL version 2 moins celles de CBL version 1”.
D´efinition des m´etriques structurelles en section 4.1.1.1.
Avec la version 2 de CBL, le pourcentage de nœuds feuille dans le r´eseau (m´etrique Ms1) augmente pour tous les sc´enarios, `a l’exception du sc´enario S7 qui subit une diminution de 8,9%. Cette augmentation
est diff´erente selon la densit´e du r´eseau. Pour les sc´enarios de plus faible densit´e (sc´enarios S1 et S4), elle est de l’ordre de 10%. Pour ceux de densit´e plus ´elev´ee, les augmentations varient entre 2% et 8,5%. Certes, ce pourcentage est faible, mais une fois rapport´e au nombre de nœuds dans le r´eseau cela concerne un nombre de nœuds non n´egligeable qui conservent alors un ´etat de feuille au lieu de se transformer
en branche. Par exemple, comparativement `a CBL version 1, quatre nœuds suppl´ementaires restent `a
l’´etat de nœud feuille pour le sc´enario S5 o`u la valeur moyenne de Ms1 passe de 77% `a 79% (2% de plus seulement).
Le nombre de chaˆınes (m´etrique Ms2) pr´esente des r´esultats similaires pour les deux versions dans le cas des sc´enarios de faible densit´e S1 et S4. Par contre, le sc´enario S7 atteint l’objectif de quatre chaˆınes avec une valeur moyenne de 4,88 (qui inclut les ruptures de chaˆıne), ce qui n’´etait pas le cas de la version 1 de CBL. Cette augmentation du nombre de chaˆınes entraˆıne une augmentation du nombre de nœuds branche dans le r´eseau et donc une diminution du pourcentage de nœuds feuille, d’o`u la diminution de 8,9% de Ms1 pour ce sc´enario S7. La m´etrique Ms2 diminue pour les sc´enarios S2, S3, S6, S8 et S9 entre 20% et 34% en raison de la diminution des ruptures de chaˆınes et la disparition des chaˆınes parall`eles. La figure 4.15 souligne cet ´ecart entre les deux versions pour le sc´enario S6 du r´eseau R2 : l’objectif de deux chaˆınes est plus souvent atteint avec CBL version 2 (48% du temps avec CBL version 2 contre 14% avec CBL version 1) et le nombre maximum de chaˆıne dans le r´eseau est moindre puisqu’il passe de huit `a six.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 50 100 150 200
Nombre de chaînes dans le réseau
Temps (s) (a) CBL version 1 0 1 2 3 4 5 6 0 50 100 150 200
Nombre de chaînes dans le réseau
Temps (s)
(b) CBL version 2
Figure 4.15 – Histogramme de la dur´ee cumul´ee du nombre de chaˆınes (Ms2) entre t=150 s et t=500 s
– Sc´enario S6, CBL Version 1 et 2
Pour CBL version 2 et dans le cas des r´eseaux R1 et R2 sans entr´ee-sortie, le nombre de chaˆınes dans le r´eseau reste quasiment constant pour les sc´enarios de moyenne et de forte densit´e d’un mˆeme r´eseau (S2, S3, d’une part et S5, S6 d’autre part) : il ne varie plus en fonction de la densit´e. Par cons´equent, CBL version 2 am´eliore le passage `a l’´echelle par une meilleure gestion des chaˆınes.
Les nombres de nœuds branche par chaˆıne (m´etrique Ms3), de nœud relais par nœud (Ms8) et aussi de nœuds relais intervenant dans une transmission en mode broadcast (Ms9) d´ependent des m´etriques Ms1 et Ms2.
Le nombre de voisins par direction (m´etrique Ms4) reste identique, car la mobilit´e des nœuds n’a pas chang´e.
Le nombre de nœuds feuille par nœuds branche (m´etrique Ms5) augmente avec la version 2 de CBL, sauf pour le sc´enario S7 comme nous l’avons pr´ec´edemment expliqu´e. L’augmentation de Ms5 est li´ee `a la diminution du nombre de nœuds branche dans le r´eseau, restreignant ainsi les possibilit´es de choix des nœuds feuille. Par exemple, Ms5 augmente de 3,81 pour le sc´enario S3, avec en moyenne 7,03 nœuds feuille par branche pour la version 1 et 10,84 pour la version 2.
La dur´ee moyenne pendant laquelle un nœud reste `a l’´etat de nœud branche (m´etrique Ms6) diminue, entre 7,1 et 19,8 s de la version 1 `a la version 2, en raison des modifications apport´ees `a l’algorithme 5 sur les conditions de permutation de type de branche `a feuille, en particulier dans le cas d’une permutation due `a un d´epassement de v´ehicule. En effet, dans la version 1 de CBL, l’ordre des nœuds ´etait simplement modifi´e dans la chaˆıne sans permutation de type. Par contre, dans la version 2, le nœud qui d´epasse l’autre devient feuille dans l’objectif d’´eviter des nœuds branche trop proches.
La dur´ee de rattachement d’un nœud feuille au mˆeme nœud branche (m´etrique Ms7) augmente net-tement avec la seconde version de CBL. Cette augmentation est sup´erieure 8,2 s pour tous les sc´enarios. Elle atteint mˆeme 15 s pour le sc´enario S7. Cette am´elioration provient de la nouvelle proc´edure d’´election des nœuds branche par les nœuds feuille qui tient compte, non plus de la distance entre un nœud branche et un nœud feuille, mais de leur temps de connexion.
En r´esum´e, la version 2 de CBL augmente la proportion du nombre de nœuds feuille relativement au nombre de nœuds branche. Il en r´esulte une diminution globale du nombre de nœuds branche relais dans une transmission, en particulier pour une transmission en mode broadcast. La diminution du nombre de chaˆınes montre une meilleure gestion de la construction de la structure CBL. Le nombre de nœuds
feuille par branche a augment´e, ce qui correspond, d’un point de vue syst`eme, `a une augmentation de
la taille des clusters. Si la dur´ee d’existence d’un nœud `a l’´etat de nœud branche a l´eg`erement diminu´e, celle de rattachement d’un nœud feuille `a un nœud branche a augment´e. Cette am´elioration de la dur´ee de connexion entre les nœuds feuille et branche montre une stabilisation des liaisons entre nœuds propice `
a une am´elioration des ´echanges de messages.
En conclusion, la version 2 de CBL pr´esente de meilleures performances structurelles que la version 1. C’est pourquoi, `a partir de la section 4.1.2 de ce chapitre 4, les simulations et ´evaluations relatives `a CBL ne prendront en compte que la version 2 de CBL.
4.1.2 Evaluation de la m´´ ethode des MPRs relativement `a CBL version 2
Nous pr´esentons ci-apr`es une ´evaluation structurelle de la m´ethode des MPRs effectu´ee en deux temps `a l’aide des m´etriques d’´evaluation des performances d´efinies en section 4.1.2.1. Dans un premier temps, section 4.1.2.2, l’´evaluation des performances de la m´ethode des MPRs est r´ealis´ee sur le sc´enario de mobilit´e S5. Dans un second temps, section 4.1.2.3, cette ´etude est ´etendue `a l’ensemble des sc´enarios de mobilit´e S1 `a S9. Nous comparons `a chaque fois les r´esultats avec ceux de CBL version 2 une fois le r´eseau stabilis´e, apr`es 150 s de simulation. Nous indiquerons au fil de l’eau lorsque les m´etriques de performances de ces deux m´ethodes sont ´equivalentes et lorsqu’elles ne le sont pas.
4.1.2.1 M´etriques de performances
Cinq m´etriques de performances tenant compte des sp´ecificit´es de la m´ethode des MPRs ont ´et´e sp´ecifi´ees dans le but d’´evaluer la structure form´ee par cette m´ethode. Ces m´etriques structurelles sont :
− Ms10 : Non MPR/R´eseau, le pourcentage de nœuds non MPR dans le r´eseau ;
− Ms11 : Nb MPR Selector, le nombre de nœuds qui ont s´electionn´e un mˆeme nœud comme MPR, autrement dit le cardinal du MPR selector set du nœud s´electionn´e ;
− Ms12 : Nb MPR Set, le nombre de nœuds ´elus en tant que MPR par un nœud, autrement dit le cardinal du MPR set de ce dernier ;
− Ms13 : Dur´ee MPR, la dur´ee pendant laquelle un nœud reste dans l’´etat de nœud MPR ;
− Ms14 : Dur´ee ´election MPR, la dur´ee pendant laquelle un nœud continue `a ´elire un mˆeme nœud MPR ;
− Ms15 : MPR/Broadcast, le nombre de nœuds relais MPR impliqu´es dans une transmission de type broadcast.
4.1.2.2 M´ethode des MPRs – sc´enario de mobilit´e S5
Le nombre de nœuds MPR et non-MPR ´evolue dans l’espace de simulation selon les courbes de la figure 4.16. Le r´eseau compte 205 nœuds, 93% sont MPR et 7% non-MPR (m´etrique Ms10).
Nous ne pouvons pas comparer ces valeurs `a celles obtenues avec CBL. Les m´etriques Ms1, pourcentage de nœuds feuille, et Ms10, pourcentage de nœuds non-MPR, concernent les nœuds des m´ethodes CBL et MPR qui n’ont pas la capacit´e de relayer des messages. Pour autant elles ne sont pas ´equivalentes car la d´efinition des nœuds branche et feuille de CBL est globale `a la structure alors que celle des nœuds MPR
et non-MPR est locale `a chaque nœud. Un nœud est branche pour l’ensemble des nœuds du r´eseau tandis
qu’un nœud est MPR pour les seuls nœuds qui l’ont ´elu. Par cons´equent, lors d’une transmission en mode
message est retransmis par le nœud source, ses MPRs, les MPRs de ses MPRs, et ainsi de suite jusqu’`a r´eception du message par chacun des nœuds du r´eseau. N´eanmoins, concernant le trafic de routage, les nœuds branche et les nœuds MPR sont `a l’origine de la g´en´eration des messages TC. Ainsi, il est possible